Электротехника и электроника. - Немцов М.В.
Скачать (прямая ссылка):
или, с учетом (8.13),
jxi \
ё)
р.я
Рис. 8.30
210
M3
1ЭМ:
Устойчивый Неустойчивый режим режим
Мвр2 =Л/Эм2 Мщ,1 =Л*эм1
О |в,| |Є2|
я/2
п \Щ
Рис. 8.31
тиками синхронного генератора (рис. 8.31) (для мощности и электромагнитного момента они различаются масштабом).
Угловые характеристики позволяют анализировать процессы, происходящие в синхронном генераторе при изменении нагрузки.
Работа, совершаемая первичным двигателем, преобразуется в электрическую энергию, отдаваемую генератором в сеть. При увеличении создаваемого первичным двигателем вращающего момента (Л/„р > Л/врі = МЭМ|, точка /) вследствие ускорения, сообщаемого ротору, угол |в| увеличивается. После нескольких колебаний около значения синхронной частоты вращения равновесие вращающего момента и тормозного электромагнитного момента генератора восстанавливается (M002 = Мэм2, точка 2) при новом значении угла
Синхронный генератор работает устойчиво при изменении угла |Є| в пределах 0—к/2. Значению угла |G| = тс/2 соответствуют по (8.13) и (8.14) максимальная мощность
Значение угла к/2 - |б| определяет запас устойчивости синхронного генератора.
При углах |8| > к/2 синхронный генератор работает неустойчиво. В этих условиях вращающий момент первичного двигателя Мвр превышает максимальный тормозной электромагнитный момент генератора. Избыток вращающего момента (Мво > Мэм) создает дальнейшее ускорение ротора, что обусловливает дальнейшее увеличение утла |б| и новое уменьшение тормозного момента и т.д., пока генератор не выпадает из синхронизма. Чтобы восстановить запас устойчивости к/2 - |б| синхронного генератора при увеличенной нагрузке, необходимо увеличить ток возбуждения (точка 3).
|е2|>|е,|.
и максимальный электромагнитный момент
Мэмтах = ЗрЕ0и/ыХ.
(8.15)
(8.16)
211
8.18. U-образная характеристика синхронного
генератора і
Реактивный ток синхронного генератора, подключенного к| электрической системе большой мощности, можно регулировать изменением тока возбуждения. Рассмотрим векторную диаграмму1! фазы синхронного генератора (см. рис. 8.30). Если мощность синхронного генератора P= МэыО,р и напряжение на шинах электрической системы U постоянные, то значение произведений сомножителей в (8.13)
/ cos ф = T8 = const; E0 sin |Э| = 0)4*0 sin |Э| = const
не зависят от тока возбуждения. Однако при изменении тока возбуждения изменяются значения создаваемого им потокосцепления с обмоткой фазы статора Ч*0 и индуцируемая этим потоко-сцеплением в обмотке фазы ЭДС E0 (8.9). Из уравнения электрического состояния фазы статора (8.11) следует, что это возможно только при изменении тока / = /а + /р в обмотке фазы, а именно реактивной составляющей тока /р. Ток возбуждения, при котором /р = 0, зависит только от мощности генератора и называется граничным 1вгр(Р).
При токах возбуждения меньше (больше) граничного /„ < 1вгр(Р) [IB> 1вгр(Р)] ток синхронного генератора имеет емкостную 1рС (индуктивную IpL) реактивную составляющую ф < 0 (ф > 0).
На рис. 8.32 приведены векторные диаграммы напряжений и токов фазы статора для случаев индуктивной и емкостной реактивных составляющих токов генератора при соблюдении условий (8.17). ЭДС E01 и E02 отстают по фазе от соответствующих потоко-сцеплений Ч*0| и на Угол л/2. Их разность с напряжением U определяет напряжения уАУ, и JXi2, а следовательно, токи /, и I2. Активная (реактивная) составляющая токов по фазе совпадает (опережает на угол л/2 для тока /,, отстает на угол л/2 для тока I2) с напряжением U. Следовательно, при недовозбуждении (перевозбуждении) реактивная мощность генератора имеет емкостный (Qc = -3tV/pC1) [индуктивный (Ql= ?>UIpL2)\ характер, а угол Ф, < 0 (ф2 > 0).
U-образной характеристикой синхронного генератора называется зависимость тока статора от тока возбуждения 1(1В) при постоянном вращающем моменте первичного двигателя Л/вр = const (рис. 8.33). При некотором малом значении тока возбуждения угол |6| (см. рис. 8.31) может превысить значение л/2 и устойчивость работы синхронного генератора нарушится. Чем больше значение активной мощности синхронного генератора, тем при больших значениях тока возбуждения наступит потеря устойчивости. На рис. 8.33
(8.17)
212
?osin|6|
P= const, /B=var
Ё02\\\
const
%
I COS(J)
^——^e, IpL2 <P0sin|e|
Рис. 8.32
граница устойчивости синхронного генератора показана штриховой линией.
Если вращающий момент первичного двигателя равен нулю (Af4, = 0), то, пренебрегая всеми видами потерь, можно считать, что ток синхронного генератора реактивный (P= 0):
/(/.) = /Р(/.> = = -J°*°™-U. (8.18)
jX JX
Ток генератора в этом случае зависит линейно от тока возбуждения. Линейность зависимости /(/„) нарушается лишь при больших значениях тока возбуждения вследствие насыщения магнито-провода машины.
Емкостный Индуктивный
реактивный ток реактивный ток
213
Рис. 8.33
8.19. Регулирование активной и реактивной мощностей синхронного генератора
Активная мощность синхронного генератора P= 3?//coscp = 3?//а, подключенного к системе большой мощности (U= const), регулируется мощностью первичного двигателя PMex=AfBpCOp. При увеличении мощности первичного двигателя, т. е. вращающего момента первичного двигателя Мвр (паровой или гидравлической турбины), увеличивается активная составляющая тока генератора 1а(Мвр), одновременно с этим увеличивается и угол |б|, что уменьшает запас устойчивости к/2 - |ё| генератора. Для того чтобы синхронный генератор не терял запаса устойчивости при увеличении активной мощности, необходимо увеличивать ток возбуждения. Промышленные синхронные генераторы электрической энергии снабжены специальной регулирующей аппаратурой, которая при изменении активной мощности генератора обеспечивает требуемый запас устойчивости.
